设计模式之五：单例模式(Singleton Pattern)

单例模式的意思就是只有一个实例。单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。

单例模式有三个要点：

1. 点某个类只能有一个实例；
2. 它必须自行创建这个实例
3. 它必须自行向整个系统提供这个实例。

一些资源管理器常常设计成单例模式。

C#中的单例模式 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点

实现要点：

1. 单例模式是限制而不是改进类的创建。
2. 单例模式一般不要支持Icloneable接口，因为这可能导致多个对象实例，与单例模式的初衷违背。
3. 单例模式一般不要支持序列化，这也可能导致多个对象实例。
4. 单例模式只考虑了对象创建的管理，没有考虑到销毁的管理，就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没必要对其销毁进行特殊的管理。
5. 理解和扩展单例模式的核心是“如果控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”

优点：

1. 实例控制：Singleton会阻止其他对象实例化其自己的Singleton对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。
2. 灵活性：因为类控制了实例化过程，所以类可以更加灵活修改实例化过程。

缺点：

1. 对象生存期：Singleton不能够解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于.NET Framework的语言），只有Singleton类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（例如C++），其他类可以删除。但这样会导致Singleton类中出现悬浮引用。

实用性：

当类只有一个实例而且客户可以从一个总所周知的访问点访问它时。

   当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。

应用场景：

1. 每台计算机可以有若个干打印机，但只能有一个Printer Spooler,避免两个打印机作业同时输出到打印机。
2. PC机中可能有几个串口，但只能有一个Com1口的实例。
3. 系统中只能有一个窗口管理器
4. .NET Remoting中服务器激活对象中Singleton对象，确保所有客户程序的请求只有一个实例来处理。
5.  

单例模式的几种经典实现方式：

1. public sealed class Singleton

{

    static Singleton instance=null;

 

    Singleton()

    {

    }

 

    public static Singleton Instance

    {

        get

        {

            if (instance==null)

            {

                instance = new Singleton();

            }

            return instance;

        }

    }

}

这是最简单的实现方式 ，但该实现对线程来说是不安全的，当有两个或多个线程同时判断instance==null并且得到结果都为true,就会创建多个实例,这就违背了单例模式的原则。实际上在上述代码中，有可能在计算出表达式的值之前，对象实例已经被创建，但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。

该实现方式直到要求产生一个实例才执行实例化，这种方法称为“惰性实例化”，惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的singleton.

2.

  public sealed class Singleton

{

    static Singleton instance=null;

    static readonly object padlock = new object();

    Singleton()

    {

    }

    public static Singleton Instance

    {

        get

        {

            lock (padlock)

            {

                if (instance==null)

                {

                    instance = new Singleton();

                }

                return instance;

            }

        }

    }

}

这种实现方式对线程来说是安全的，但是这种实现方式增加了额外的开销，损失了性能。

3.

public sealed class Singleton

{

    static Singleton instance=null;

    static readonly object padlock = new object();

    Singleton()

    {

    }

    public static Singleton Instance

    {

        get

        {

            if (instance==null)

            {

                lock (padlock)

                {

                    if (instance==null)

                    {

                        instance = new Singleton();

                    }

                }

            }

            return instance;

        }

    }

}

这种实现方式对线程来说是安全的，同时线程不是每次都加锁，只有判断对象实例没有创建时它才加锁。解决了线程并发的问题，但是无法实现延迟初始化。

4.

public sealed class Singleton

{

    static readonly Singleton instance=new Singleton();

    // Explicit static constructor to tell C# compiler

    // not to mark type as beforefieldinit

    static Singleton()

    {

    }

    Singleton()

    {

    }

    public static Singleton Instance

    {

        get

        {

            return instance;

        }

    }

}

该实现方式在第一次引用类的成员时创建实例。公共语言运行库负责处理变量初始化。该方法的缺点是：对实例化机制的控制权较少。在大多数情况下，静态初始化是在.NET中实现Singleton的首选方法。

5. public sealed class Singleton

{

    Singleton()

    {

    }

 

    public static Singleton Instance

    {

        get

        {

            return Nested.instance;

        }

    }

   

    class Nested

    {

        // Explicit static constructor to tell C# compiler

        // not to mark type as beforefieldinit

        static Nested()

        {

        }

 

        internal static readonly Singleton instance = new Singleton();

    }

}

该实现方式的初始化工作由Nested类的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化。是值得推荐的一种实现方式。